Физики Университета штата Иллинойс доказали существование новой формы материи, первые следы которой были обнаружены еще 50 лет назад.
Законы физики на квантовом уровне серьезно отличаются от макроскопического уровня, но бозе-эйнштейновский конденсат может стать мостиком между двумя этими мирами. Он формируется, когда частицы или квазичастицы соединяются и начинают вести себя как одна частица, бозон.
Новая форма материи, названная экситоном, это вид бозона, сформированного в полупроводнике. Когда электрон на границе валентной зоны полупроводника возбуждается, он может перейти на другой энергетический уровень. Если это происходит, он оставляет после себя «дырку» в валентной зоне, которая сама становится квазичастицей с положительным зарядом. Положительно заряженная дырка и отрицательно заряженный электрон притягиваются друг к другу и вместе образуют экситон.
Ученые давно предполагали, что, как и другие бозоны, экситоны должны иметь основное состояние, которое они назвали экситонием и который до сих пор существовал только в теории. «С тех пор как термин „экситоний“ был предложен в 1960-х гарвардским физиком-теоретиком Бертом Гальпериным, ученые искали доказательства его существования, — говорит Питер Аббамонте, ведущий исследователь. — Теоретики спорили, является ли он изолятором, идеальным проводником или сверхтекучей жидкостью — и каждая сторона приводила убедительные аргументы. С 1970-х многие экспериментаторы публиковали свидетельства существования экситония, но убедительных доказательств не было».
Команда иллинойсских ученых сделала свои наблюдения при помощи технологии спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (ХПЭЭ) с импульсным разрешением. Она позволила точно измерить уровень активации экситонов вне зависимости от их импульса. При помощи этих данных они изучили нелегированные кристаллы переходного металла диэлкогенидом титана, охлажденного до 190 градусов Кельвина (-83° C).
Как только материал приблизился к критической температуре, он вошел в фазу мягких плазмонов, не виданную ранее ни в одном материале. Она стала предвестницей конденсации экситона, доказательством существования экситония.
Пока сложно вообразить себе возможности практического применения экситония, но, по словам исследователей, это открытие позволяет пролить больше света на странный мир квантовой механики, пишет New Atlas.
Весной этого года американские ученые сообщили о создании вещества с отрицательной массой. Если в лабораторных условиях приложить к нему силу, то оно начнет двигаться не в направлении ее действия, а в обратном.
